Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 [142] 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233

и оптимального числа звеньев по общему коэффициенту сглаживания LC или RC фильтра. Эти кривые составлены с учетом того, что на выходе фильтра стоит конденсатор, емкость которого больше любой из трех критических величин, определяемых уравнениями (15-6)- (15-8).

Первое и промежуточные фильтрующие звенья. Прн построении графиков на рис. 15-18 и 15-19 принято, что сопротивление конденсатора на частоте пульсаций меньше одной пятой величины сопротивления, стоящего в последующем RC звене, или одной пятой сопротивления индуктивности последующего LC звена.

Эти соотношения выражаются уравнениями: 796 ООО

ARf

127 ООО (/i)2 Lf •

где Rf Ч

(15-6)

(15-7) последу ю-последую-

величина сопротивления щего звена фильтра, ом; - индуктивность дросселя щего звена фильтра, гн; С - емкость конденсатора фильтра, мкф; fi - частота низшей составляющей пульсаций напряжения, гц (см. табл. 15-1). Конечные звенья фильтра. Графики на рис. 15-18 и 15-19 построены так, что сопротивление выходного конденсатора на основной частоте пульсаций меньше одной пятой сопротивления нагрузки. Это соотношение выражено уравнением

г . 796 ООО к а.

С"ТЪ- (15"8)

J 1Ан. мин

гДе н. мин - минимальное сопротивление нагрузки, ом; С0 - емкость выходного конденсатора, мкф.

Если многозвенный фильтр составлен из неодинаковых звеньев, то общее ослабление пульсаций в децибелах определяется суммированием величин ослабления составляющих звеньев, найденных по графикам на рис. 15-18 и 15-19. Общий же коэффициент сглаживания пульсаций многозвенного фильтра равен произведению коэффициентов сглаживания составляющих звеньев, найденных по тем же графикам.

Пример 15-6

Рассчитать дополнительный фильтр к двухтактному выпрямителю, питаемому от сети с частотой 60 гц, имеющему фильтр с дросселем на входе. Индуктивность дросселя фильтра 10 гн, емкость конденсатора 8 мкф. Выпрямитель отдает на выходе 450 в при токе 0,4-0,5 а; эффективное значение напряжения пульсаций 4,5 е. Дополнительный фильтр должен состоять из оптимального числа звеньев и снижать па-пряжение пульсаций в 100 раз при минимальном уменьшении выпрямленного напряжения.

Решение

1. Выясним целесообразность применения LC или RC фильтрующих звеньев. Так как ток, протекающий через фильтр, сравнительно велик, лучше применить LC фильтр.

2. Найдем минимальное сопротивление нагрузки RH, мин. Так как нагрузка выпрямителя меняется в пределах 0,4-0,5 а, то минимальное сопротивление нагрузки определяется при максимальном токе:

Ra.i

выходное постоянное напряжение

максимальный выходной ток

450 ппп = --= = 900 ом. 0,5

3. Рассчитаем минимально допустимую величину С в конечном звене фильтра. Из уравнения (15-8)

796 000 796 000 „ , ; 7,37 мкф.

fiRu. ми

120-900

Округляем до С0 = 8 мкф.

4. По графику на рис. 15-18 найдем оптимальное число фильтрующих звеньев и величину LCf\

Для коэффициента сглаживания, равного 100,оптимальным является двухзвенный фильтр, a LCf- = 1 125 000.

5. Рассчитаем LC.

Частота пульсации равна 120 гц (см. табл.

,п 1125000 . 15-1), следовательно, LC =-f202 ~

6. Определим величины L и С в каждом звене фильтра. В п. 3 расчета была найдена емкость выходного конденсатора, равная 8 мкф. Если принять для звеньев фильтра равные емкости, то общая величина С будет равна 16 мкф. Тогда общая индуктивность L будет

78,1

равна

= 4,9 гн.

Распределив поровну общую индуктивность L между двумя звеньями, получим индуктивность на звено 2,45 гн.

7. Рассчитаем по уравнению (15-7) величину С в первом и промежуточном звеньях, необходимую для того, чтобы сопротивление конденсатора С на основной частоте пульсации было меньше одной пятой сопротивления индуктивности последующего звена фильтра.

Если при подсчете по уравнению (15-7) будет установлено, что нужное соотношение не соблюдено, необходимо увеличить или С, или L: что именно, решается экономическими соображениями.

127 000 127 000 .

; = 3,6 МКф.

Так 1 мкф

(/Л2 Lf 1202 • 2,45

как в обоих звеньях фильтра С = т. е. больше 3,6 мкф, необходимость

увеличения С нли L отпадает.

15-6. КОМПЕНСАЦИОННЫЕ И РЕЗОНАНСНЫЕ ФИЛЬТРЫ

Компенсационные и резонансные фильтры действуют эффективно только на одной определенной частоте пульсации.

15-6 а. Компенсационные фильтры. Неудобство компенсационных фильтров состоит в том, что они требуют весьма тщательной настройки элементов схемы и малоэффективны на частотах, отличных от определенной частоты, на которой




Риг. 15-20. Схема LC фильтра с компенсацией.

проявляется максимальное компенсирующее действие.

На рис. 15-20 дана схема компенсационного фильтра. Пройдя через звено фильтра L,Ci н сопротивление Rs, ток, имеющий частоту пульсаций, сдвигается по фазе почти на 180°.

Встречаясь затем в противофазе с током пульсаций, протекающим через сопротивление Ri, эти два тока взаимно уничтожаются. Если оба тока равны по амплитуде и сдвинуты по фазе точно на 180°, компенсация будет полной. В схеме, показанной на рис. 15-20, одинаковые

амплитуды получаются при условии, если -

равно коэффициенту сглаживания нежелательной частоты пульсаций, получающемуся при прохождении тока пульсации через звено LiCi (см. рис. 15-18).

Для получения в цепи L,Cj сдвига фаз на 180° добротность Q дросселя L, должна быть довольно высокой. Однако обычно силовые дроссели имеют сравнительно небольшую добротность порядка 6-10. По этой причине приходится применять схему, показанную на рис. 15-21.

В схеме на рис. 15-21 для получения нужного сдвига фаз вместо одного LC звена применены два RC звена.


Рис. 15-21. Схема RC фильтра с компенсацией.

Для осуществления в двух RC звеньях 1 сдвига фаз, близкого к 180°, сопротивления кон-

1 Следует отметить, что в одном LC звене невозможно получить сдвиг фаз точно на 180°, если только L и С не обладают большими добротностями. Так же невозможно осуществить это на двух звеньях RC, если емкость или частота не равна бесконечности. Настройка звеньев, обеспечивающих фазовый сдвиг 180° и точное сравнивание амплитуд, весьма критична, однако падоб-t ость в таких звеньях имеется не всегда, поскольку для практических целей вполне достаточен сдвиг фаз, несколько меньший 180°. Когда это все же необходимо, можно так видоизменить схемы, показанные иа рис. 15-20 и 15-21, что будет достигаться полная компенсация. Для этого на схеме на рнс. 15-20 последовательно с сопротивлением R$ включается конденсатор Сл Обычно величинами Lj Cj и R задаются, а необходимые уля полной компенсации значения R* и С3 определяются из уравнений.

<u-LlCi

где ш = 2тг/ и / - частота пульсаций.

Возвращаясь к схеме на рис 15-21, предположим, что последовательно с сопротивлением Ri включен конденсатор С4.

денсаторов С\ и С» на частоте пульсации должны быть малы по сравнению с Rt и R.2.

Чтобы получить компенсацию в схеме на рис. 15-21, нужно выдержать соотношение

--, равным общему коэффициенту сглаживания

нежелательной частоты пульсаций на RSC, и R.,C°, который определяется по графикам на рис. 15-19.

"ргу Ч Cj

Рис 15-22. Метод компенсации с помощью секционированного дросселя.

На рис. 15-22 показана еще одна схема компенсационного фильтрующего звена, содержащего секционированный дроссель. Необходимые для уничтожения пульсаций соотношения даны уравнением

Xci = (n + \)XsT, (П-9)

где Хс* - сопротивление С3, Xst - сопротивление дросселя между зажимами ST на нежелательной частоте пульсации;

п - отношение количества витков в секции TU к количеству витков в секции ST.

Так как напряжение, наведенное в секции TU за счет прохождения тока пульсации по секции ST, равно н противоположно по фазе приложенному напряжению пульсации, они взаимно уничтожатся и ток пульсаций через секцию TU течь не будет. С,, С3, / з и С, обеспечивают Дополнительное сглаживание на частотах, отличных от той, на которой имеет место явление компенсации .

15-66. Резонансные фильтры. Резонансные фильтры содержат последовательные и параллельные резонансные цепи, подобные контурам L2C2 и LSCS на схеме на рис.15-23. Наибольшее сглаживание получается при настройке этих контуров в резонанс с частотой пульсаций. Это записывается так:


Рис. 15 23 Фильтр с последовательной и параллельной резонансными цепями.

LC =

25 300

(15-10)

где f - частота пульсаций, гц;

С - емкость, мкф; v

L - индуктивность, гн.

Учитывая неизбежные отклонения в величинах деталей, а также то, что индуктивность

Если значения R и С заданы, то необходимые для полной компенсации величины R и С4 вычисляются по уравнениям:

Rt = ц>е«зС2 - 3R, С,

где R Ri = R« = R3 " С = Су

4(02Д2С



дросселя с железным сердечником является функцией силы постоянного тока, протекающего через обмотку, и напряжения пульсаций, приложенного к этой обмотке, следует предусмотреть возможность регулировки емкости С. Без втого уравнение (15-10) будет неточным.

Пример 15-7

Рассчитать компенсационный фильтр для частоты пульсаций 120 гц, тока нагрузки 20 ма и падения напряжения на фильтре 150 в. Схема фильтра дана на рис. 15-21.

Решение

1. Найдем сумму Rlt Rs и /?3:

Ri + R* + Rs =

падение напряжения на фильтре 150

- ток нагрузки 0,02

= 7 500 ом.

2. Определим величины Ru R2 и R3. Произвольно примем Rt и R« равными по 3 500 ом. Выбор достаточно больших величин Ri и R« обусловлен стремлением получить максимальное сглаживание пульсации именно в звеньях ftjC, и /?»С3. С другой стороны, сумма Rt и /?» не должна быть слишком большой, так как это потребовало бы уменьшения величины Rs, от которой в свою очередь зависит значение Rt. Так или иначе величина /?3 останется неизвестной до тех пор, пока в п. 5 расчета не будет найдено значение Rt. Следует иметь в виду, что Ri должно быть намного больше суммы /?ь Rs и Rs. В противном случае будет нарушено установленное ранее соотношение между падением напряжения и током нагрузки, протекающим через Ri, Rn и Rz.

3. Найдем емкости Сь С3 и С3. Чтобы получить наибольший сдвиг фаз в цепях RiCi kRX3, следует выбрать емкости d и С2 такими, чтобы их сопротивления на частоте пульсаций были во много раз меньше сопротивлений Ri и /?3. Вполне достаточно, если сопротивления конденсаторов С, и С» будут равны или меньше 11 so от Ri и Rs. При таком соотношении общий сдвиг фаз будет равен приблизительно 178\ Итак:

3 500 1

2тс/С

2-3,14-120 С г 18,9 мкф.

Величина емкости 18,9 мкф является для С, и С2 минимальной. В § 15-5 было указано, что максимальное сглаживание пульсаций происходит тогда, когда оба звена фильтра идентичны. Исходя из этого, примем Ci и С2 равными по 20 мкф.

Выходной конденсатор С3 уменьшает полное выходное сопротивление выпрямительного устройства и сглаживает остаточное напряжение основной частоты пульсации и другие составляющие выпрямленного напряжения. Так как в этом примере к величине С3 не предъявляется особых требований, ее можно принять равной С, и С2.

4. По графику на рис. 15-19 определим коэффициент сглаживания пульсаций в звеньях Rid и /чоС2:

Ridf = 3,5 • 20 • 120 = 8 400,

где Rt - в ком, С - в мкф;

/ - частота пульсаций, гц.

По графику коэффициент сглаживания пульсаций в одном звене равен 53. Для двух последовательно включенных звеньев общий коэффициент сглаживания пульсаций будет (53)s = 2 810.

5. Найдем величину RA;

-5- равно общему коэффициенту сглажива-ния звеньев RiCi и R2C2, где R3 = 500 ом. R*

= 2 810,

откуда Rt = 1,405 Мом.

Учитывая неизбежные отклонения в величинах сопротивлений и конденсаторов, целесообразно поставить в качестве R,t переменнее сопротивление с максимальной величиной немного больше рассчитанной. Переменное сопротивление с максимальной величиной 2 Мом будет вполне подходящим. Его следует отрегулировать на максимальное сглаживание.

15-7. ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

?5-7а. Принципиальная схема стабилизатора напряжения. Схема стабилизатора напряжения с газоразрядной лампой показана на рис. 15-24. На этой схеме газоразрядная лампа, иначе называемая стабилитроном, включена параллельно изменяющейся нагрузке и стремится поддерживать на ней неизменное напряжет е.

Ufa мин макс


Рис. 15-24. Схема газоразрядного стабилизатора.

Так как при изменении тока нагрузки напряжение на ней и стасилитроне остается почти неизменным, падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника R будет также оставаться приблизительно постоянным. Постоянство падения напряжения на R обусловливает в свою очередь неизменность протекающего через это сопротивление тока. Отсюда следует, что всякое увеличение тока нагрузки должно сопровождаться равным уменьшением тока стабилитрона и, наоборот, уменьшение тока нагрузки должно сопровождаться точно таким же увеличением тока через стабилитрон.



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 [142] 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233



0.0017